Строение и функции рецептора сенсорных систем. Основные функции рецепторов клетки

Нервная система человека осуществляет сложные аналитико-синтетические процессы, обеспечивающие быструю адаптацию органов и систем к изменениям внешней и внутренней среды. Восприятие раздражителей из окружающего мира происходит благодаря структуре, включающей в себя отростки афферентных нейронов, содержащих глиальные клетки-олигодендроциты, или леммоциты. Они превращают внешние или внутренние раздражители в биоэлектрические явления, называемые возбуждением или нервным импульсом. Такие структуры называются рецепторами. В данной статье мы изучим строение и функции рецепторов различных сенсорных систем человека.

Виды нервных окончаний

В анатомии существует несколько систем их классификации. Наиболее распространенная делит рецепторы на простые (состоят из отростков одного нейрона) и сложные (группа нейроцитов и вспомогательных клеток глии в составе узкоспециализированного органа чувств). Исходя из строения сенсорных отростков. их разделяют на первичные и вторичные окончания центростремительного нейроцита. К таким относят различные рецепторы кожи: ноцицепторы, механорецепторы, барорецепторы, терморецепторы, а также нервные отростки, иннервирующие внутренние органы. Вторичные являются производными эпителия, создающими потенциал действия в ответ на раздражение (рецепторы вкуса, слуха, равновесия). Палочки и колбочки светочувствительной оболочки глаза – сетчатки – занимают промежуточное положение между первично- и вторичночувствительными нервными окончаниями.

Еще одна система классификации построена на таком отличии, как вид раздражителя. Если раздражение исходит из внешней среды, то оно воспринимается экстерорецепторами (например звуки, запахи). А раздражение факторами внутренней среды анализируется интерорецепторами: висцеральными, проприорецепторами, волосковыми клетками вестибулярного аппарата. Таким образом, функции рецепторов сенсорных систем обусловлены их строением и местом расположения в органах чувств.

Понятие об анализаторах

Для того чтобы дифференцировать и различать условия внешней среды и приспосабливаться к ней, у человека существуют специальные анатомо-физиологические структуры, называемые анализаторами, или сенсорными системами. Русский ученый И. П. Павлов предложил следующую схему их строения. Первый отдел был назван периферическим (рецепторным). Второй – проводниковым, а третий – центральным, или корковым.

Так, например, зрительная сенсорная система включает в себя чувствительные клетки сетчатки – палочки и колбочки, два зрительных нерва, а также зону коры головного мозга, расположенную в её затылочной части.

Некоторые анализаторы, такие как уже упоминавшиеся зрительный и слуховой, включают в себя дорецепторный уровень – определенные анатомические структуры, улучшающие восприятие адекватных раздражителей. Для слуховой это наружное и среднее ухо, для зрительной системы – светопреломляющая часть глаза, включающая склеру, водянистую влагу передней камеры глаза, хрусталик, стекловидное тело. Мы остановимся на периферической части анализатора и ответим на вопрос о том, какова функция рецепторов, входящих в него.

Как клетки воспринимают раздражители

В их мембранах (или в цитозоле) находятся специальные молекулы, состоящие из белков, а также сложные комплексы – гликопротеиды. Под воздействием факторов внешней среды эти вещества изменяют свою пространственную конфигурацию, что служит сигналом для самой клетки и вынуждает её реагировать адекватно.

Некоторые химические вещества, названные лигандами, могут воздействовать на сенсорные отростки клетки, вследствие чего в ней возникают трансмембранные ионные токи. Белки плазмалеммы, обладающие рецептивными свойствами, вместе с молекулами углеводов (т. е. рецепторы) выполняют функции аннтен – воспринимают и дифференцируют лиганды.

Ионотропные каналы

Еще один вид клеточных рецепторов – ионотропные каналы, расположенные в мембране, способные открываться или блокироваться под воздействием сигнальных химических весществ, например Н-холинорецептор, рецепторы вазопрессина и инсулина.

К внутриклеточным воспринимающим структурам относятся факторы транскрипции, которые соединяются с лигандом и затем проникают в ядро. Образуются их соединения с ДНК, которые усиливают или ингибируют транскрипцию одного или нескольких генов. Таким образом, основные функции рецепторов клетки – это восприятие сигналов внешней среды и регуляция реакций пластического обмена.

Палочки и колбочки: строение и функции

Эти рецепторы сетчатки глаза реагируют на световые раздражители – фотоны, которые вызывают в нервных окончаниях процесс возбуждения. Они содержат специальные пигменты: йодопсин (колбочки) и родопсин (палочки). Палочки раздражаются сумеречным светом и не способны различать цвета. Колбочки отвечают за цветовое зрение и делятся на три вида, каждый из которых содержит отдельный фотопигмент. Таким образом, функция рецептора глаза зависит от того, какие светочувствительные белки в него входят. Палочки обуславливают зрительное восприятие при слабом освещении, а колбочки отвечают за остроту зрения и восприятие цвета.

Кожа – орган чувств

Нервные окончания нейронов, входящие в дерму, различаются своим строением и реагируют на различные раздражители внешней среды: температуру, давление, форму поверхности. Функции рецепторов кожи – воспринимать и трансформировать раздражители в электрические импульсы (процесс возбуждения). К рецепторам давления относятся тельца Мейснера, расположенные в среднем слое кожи - дерме, способные к тонкому различению раздражителей (имеют низкий порог чувствительности).

К барорецепторам относятся тельца Пачини. Они располагаются в подкожно-жировой клетчатке. Функции рецептора – ноцицептора боли – это защита от патогенных раздражителей. Кроме кожи такие нервные окончания расположены во всех внутренних органах и имеют вид ветвящихся афферентных отростков. Терморецепторы могут находиться как в коже, так и во внутренних органах – кровеносных сосудах, отделах центральной нервной системы. Они классифицируются на тепловые и холодовые.

Активность этих сенсорных окончаний может увеличиваться и зависит от того, в каком направлении и с какой скоростью меняется температура поверхности кожи. Следовательно, функции рецепторов кожи разнообразны и зависят от их строения.

Механизм восприятия слуховых раздражителей

Экстерорецепторы – волосковые клетки, которые обладают высокой чувствительностью к адекватным раздражителям – звуковым волнам. Они называются мономодальными и являются вторичночувствительными. Располагаются в кортиевом органе внутреннего уха, входя в состав улитки.

По своему устройству кортиев орган похож на арфу. Слуховые рецепторы погружены в перилимфу и имеют на своих концах группы микроворсинок. Колебания жидкости вызывают раздражение волосковых клеток, переходящие в биоэлектрические явления – нервные импульсы, т. е. функции рецептора слуха – это восприятие сигналов, имеющих вид звуковых волн, и трансформация их в процесс возбуждения.

Контактные рецепторы вкуса

Каждый из нас имеет предпочтение в пище и напитках. Вкусовую гамму продуктов питания мы воспринимаем с помощью органа вкуса – языка. Он содержит четыре типа нервных окончаний, локализованных следующим образом: на кончике языка – вкусовые сосочки, различающие сладкое, на его корне – горькое, а солёное и кислое различают рецепторы боковых стенок. Раздражителями для всех типов рецепторных окончаний служат молекулы химических веществ, воспринимаемые микроворсинками вкусовых луковиц, выполняющих функции антенн.

Функции рецептора вкуса – декодировать химический раздражитель и перевести его в электрический импульс, поступающий по нервам во вкусовую зону коры головного мозга. Нужно отметить, что сосочки работают в паре с нервными окончаниями обонятельного анализатора, расположенными в слизистой оболочке носовой полости. Совместное действие двух сенсорных систем усиливает и обогащает вкусовые ощущения человека.

Загадка обоняния

Так же, как и вкусовой, обонятельный анализатор реагирует своими нервными окончаниями на молекулы различных химических веществ. Сам механизм, благодаря которому пахучие соединения раздражают обонятельные луковицы, пока до конца не изучен. Ученные предполагают, что сигнальные молекулы запаха взаимодействуют с различными сенсорными нейронами слизистой оболочки носа. Другие исследователи связывают раздражение обонятельных рецепторов с тем, что сигнальные молекулы имеют общие функциональные группы (например, альдегидную или фенольную) с веществами, входящими в сенсорный нейрон.

Функции рецептора обоняния заключаются в восприятии раздражения, его дифференцировке и в переводе в процесс возбуждения. Общее количество обонятельных луковиц в слизистой оболочке носовой полости достигает 60 млн, причем каждая из них снабжена большим количеством ресничек, благодаря которым увеличивается общая площадь соприкосновения рецепторного поля с молекулами химических веществ – запахов.

Нервные окончания вестибулярного аппарата

Во внутреннем ухе расположен орган, отвечающий за координацию и согласованность двигательных актов, поддержание тела в состоянии равновесия, а также участвующий в ориентировочных рефлексах. Он имеет вид полукружных каналов, называется лабиринтом и анатомически связан с кортиевым органом. В трёх костных каналах находятся нервные окончания, погруженные в эндолимфу. При наклонах головы и туловища она колеблется, что вызывает раздражение на концах нервных окончаний.

Сами вестибулярные рецепторы – волосковые клетки – контактируют с мембраной. В её состав входят мелкие кристаллы карбоната кальция – отолиты. Вместе с эндолимфой они также начинают перемещаться, что служит раздражителем для нервных отростков. Основные функции рецептора полукружных каналов зависят от его места расположения: в мешочках он реагирует на гравитацию и контролирует равновесие головы и тела в состоянии покоя. Сенсорные окончания, находящиеся в ампулах органа равновесия, контролируют изменение движений частей тела (динамическая гравитация).

Роль рецепторов в формировании рефлекторных дуг

Всё учение о рефлексах, начиная от исследований Р. Декарта и до фундаментальных открытий И. П. Павлова и И. М. Сеченова, базируется на представлении о нервной деятельности как адекватном ответе организма на воздействия раздражителей внешней и внутренней среды, осуществляемые с участием центральной нервной системы – головного и спинного мозга. Каким бы ни был ответ, простым, например, коленный рефлекс, или таким сверхсложным, как речь, память или мышление, его первым звеном является рецепция – восприятие и различение раздражителей по их силе, амплитуде, интенсивности.

Такая дифференцировка осуществляется сенсорными системами, которые И. П. Павлов назвал «щупальцами мозга». В каждом анализаторе рецептор выполняет функции антенн, улавливающих и зондирующих раздражители внешней среды: световые или звуковые волны, молекулы химических веществ, физические факторы. Физиологически нормальная деятельность всех без исключения сенсорных систем зависит от работы первого отдела, называемого периферическим, или рецепторным. От него берут начало все без исключения рефлекторные дуги (рефлексы).

Медиаторы

Это биологически активные вещества, осуществляющие передачу возбуждения от одного нейрона к другому в специальных структурах – синапсах. Они секретируются аксоном первого нейроцита и, выступая в роли раздражителя, вызывают нервные импульсы в рецепторных окончаниях следующей нервной клетки. Поэтому строение и функции медиаторов и рецепторов тесно взаимосвязаны. Более того, некоторые нейроциты способны выделять два и более трансмиттера, например, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, адреналин и ГАМК.